Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp

Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải : + Dựa trên mức tiêu thụ điện của khu vực mà nhà máy sẽ cung cấp, điều này sẽ quyết định công suất của nhà máy sẽ thiết kế.. + Đồ thị phụ tải của n

Vì vậy phụ tải điện là số liệu ban đầu cần phải có hoặc khảo sát kỹ trước khi bắt đầu thực hiện bài toán thiết kế cung cấp điện Việc có được số liệu phụ tải giúp cho người thiết kế xây dựng được đồ thị phụ tải cho từng khu vực một cách chính xác nhằm xác định dung lượng nguồn cung cấp, từ đó đáp ứng được yêu cầu của bài toán thiết kế một cách tốt nhất

1.1.1 Đồ thị phụ tải :

Đồ thị phụ tải thể hiện sự thay đổi công suất tác dụng, phản kháng của các phụ tải trong từng thời điểm cụ thể Do nhu cầu tiêu thụ điện của các phụ tải tại mỗi thời điểm là khác nhau nên các máy phát trong các nhà máy điện cũng cần có sự thay đổi tương ứng

Phân loại :

+ Theo công suất : đồ thị phụ tải công suất tác dụng, đồ thị phụ tải công suất phản kháng, đồ thị phụ tải công suất biểu kiến

+ Theo thời gian : đồ thị phụ tải ngày, đồ thị phụ tải năm…

+ Theo vị trí đo : đồ thị của nhà máy điện, đồ thị phụ tải của toàn hệ thống, …

1.1.2 Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải :

+ Dựa trên mức tiêu thụ điện của khu vực mà nhà máy sẽ cung cấp, điều này sẽ quyết định công suất của nhà máy sẽ thiết kế

+ Đồ thị phụ tải của nhà máy là tổng các đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp cộng

với phát về hệ thống và tự dùng của nhà máy

Thông thường, đồ thị phụ tải được xây dựng dưới dạng đồ thị phụ tải ngày Nghiên cứu đồ thị phụ tải ngày để biết được tình trạng làm việc của các thiết bị trong phân xưởng hay trong xí nghiệp, từ đó có thể điều chỉnh phụ tải sao cho đồ thị được bằng phẳng hơn nhằm giảm bớt công suất cực đại mà nguồn phải cung cấp

1.2 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ PHỤ TẢI CỦA NHÀ MÁY :

1.2.1 Đồ thị phụ tải cấp điện áp 220 kV :

Pmax = 220 MW ; Pmin = 150 MW ; cosϕ = 0.8; số đường dây : 2

Smax = max 220

275cos 0.8

P

φ = = (MVA)

Smin = min 150

187cos 0.8

1.2.2 Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110 kV :

Pmax = 100 MW ; Pmin = 60 MW ; cosϕ = 0.84 ; số đường dây : 4

Smax = max 100

119cos 0.84

P

φ = ≈ (MVA )

Smin = min 60

71cos 0.84

P

φ = ≈ (MVA )

Smin = min 15

18cos 0.82

P

φ = ≈ (MVA)

Bảng 1.3: Phân bố phụ tải cấp điện áp 22 kV

Ngoài việc cung cấp cho các phụ tải, nhà máy còn có nhiệm vụ cung cấp cho hệ thống 1700000 MWh/năm, hệ số công suất của hệ thống là 0.84

Điện năng phát cho hệ thống trong một ngày:

dùng của nhà máy được tính như sau:

= + Với Sđat = 650 MVA ; α = 7%

Bảng 1.6 : Phân bố công suất tự dùng của nhà máy:

Đồ thị phụ tải:

Hình 1.5 Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy

1.2.6 Đồ thị phụ tải tổng của nhà máy (kể cả tự dùng):

Tồng hợp công suất tổng khi chưa tính đến tự dùng và công suất tự dùng ta có công suất tổng của nhà máy :

Stổng = Stổng chưa tính đến tự dùng + Stự dùng

Bảng 1.7 : Phân bố phụ tải tổng hợp của nhà máy

1.2.7 Nhận xét:

Dựa vào đồ thị tổng của nhà máy, ta thấy :

- Trong khoảng thời gian từ : 5 – 8h ; 8 – 11h hàng ngày ( đây là khoảng thời gian làm việc, sản xuất) nhà máy phát ra một lượng công suất là rất lớn

- Trong khoảng thời gian từ :13 – 22h hàng ngày ( đây là khoảng thời gian dùng cho sinh hoạt vui chơi trong ngày) lượng công suất tiêu thụ cũng lớn

- Khoảng thời gian từ : 22 – 24h thì nhà máy phát lên hệ thống là chủ yếu

CHƯƠNG 2 :

SƠ ĐỒ CẤU TRÚC NHÀ MÁY ĐIỆN

2.1 CHỌN SỐ LƯỢNG VÀ CÔNG SUẤT CÁC TỔ MÁY PHÁT:

Khi tiến hành chọn công suất máy phát cần lưu ý một số vấn đề sau:

+ Khộng nên chọn công suất quá thấp sẽ dẫn đến máy phát điện không đủ công

suất cần thiết, bị quá tải, giảm tuổi thọ máy phát Cũng không nên chọn công suất quá

cao sẽ dẫn đến đầu tư vốn cao không cần thiết, máy phát điện chạy thường xuyên non

tải cũng làm tăng tiêu hao nhiêu liệu và giảm tuổi thọ

+ Việc lựa chọn công suất các máy điện quay không hợp lý với công suất của tải

dẫn đến hệ số mang tải của máy điện quay thấp, hệ số sử dụng nhỏ

+ Công suất của mỗi tổ máy không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống

+ Tổng công suất của các tổ máy phát phải lớn hơn tổng công suất phụ tải của

nhà máy

+ Thông thường, chọn các tổ máy phát giống nhau để dễ lắp đặt, vận hành cũng

như bảo trì

+ Máy phát có công suất lớn thì vốn đầu tư ban đầu cũng lớn

+ Máy phát điện có công suất càng lớn thì vốn đầu tư ,tiêu hao nhiên liệu đề sản

xuất ra một đơn vị điện năng và chi phí vận hành hằng năm càng nhỏ

Ta nhận thấy: StMax = 650.48 (MVA) (thời gian từ 8 – 11h)

Chọn 3 tổ máy phát, công suất mỗi tổ 235.3 MVA :

S3MP= 3 235.3 = 705.9(MVA)× > Stmax

Chọn tổ máy phát có số hiệu TBB-220-2AY3

Bảng 2.1: Thông số máy phát TBB-220-2AY3[1,PL2,Trang 205]

Uđm(kV)

Iđm(kA) cosϕ x”d x’d xd x2 x0

3000 235.3 200 15.75 8.625 0.85 0.272 0.1805 2.106 0.22 0.0995

2.2 TÍNH LẠI CÔNG SUẤT TỰ DÙNG CỦA NHÀ MÁY

Với Sđat = 705 MVA, α = 7% tính lại công suất tự dùng của nhà máy:

Bảng 2.2 : Bảng phân bố phụ tải tự dùng nhà máy

Các yếu tố ảnh hưởng đến việc chọn sơ đồ nối điện :

+ Vai trò, vị trí của nhà máy điện trong hệ thống điện

+ Số lượng, công suất của các máy phát, máy biến áp và đường dây

+ Công suất của phụ tải địa phương và phụ tải ở các cấp điện áp cao

+ Yêu cầu về mức độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải địa phương

+ Sơ đồ và điện áp của lưới điện thuộc hệ thống đi qua khu vực nhà máy

+ Công suất dự trữ của hệ thống

Công suất của máy biến áp tăng phải chọn đủ lớn để có thể truyền tải toàn bộ công suất thừa của nhà máy vào lưới điện cao áp trong những thời điểm phụ tải địa phương cực tiểu

Thường dùng máy biến áp từ ngẫu để liên lạc giữa các thiết bị phân phối điện

áp cao hoặc dùng để nối máy phát với các cấp điện áp cao

2.3.2.Các phương án nối điện chính:

Hình 2.11 Sơ đồ nối điện phương án 11

Chọn phương án 3 và 10 vì có sơ đồ nối điện tương đối đơn giản, tính liên tục

trong cung cấp điện cao, độ tin cậy của hệ thống trong nhà máy Số lượng máy biến áp

ít có lợi về mặt kinh tế

2.4 CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CHO CÁC TỔ MÁY:

Dựa vào đồ thị phụ tải tổng của nhà máy, ta thiết lập được các chế độ vận hành cho các tổ máy theo từng thời điểm khác nhau Với các phương án đã chọn, ta thiết lập các chế độ vận hành cùng công suất cho các tổ máy, chế độ vận hành này giúp vận hành cũng như điều chỉnh dễ dàng

và thường là tài sản giá trị nhất trong trạm biến áp

Thông thường một nhà máy nằm ở xa nơi tiêu thụ Điện áp do các máy phát phát ra thường thấp Muốn truyền tải điện năng với một điện áp lớn thì người ta dùng MBA Người ta thường dùng các MBA tăng áp tại nhà máy và MBA hạ áp tại những nơi tiêu thụ

Đối với một hệ thống điện lớn thì phải qua nhiều lần tăng áp và giảm áp mới đến đưa được điện năng tới nơi tiêu thụ Tuy vậy, tổn thất qua MBA là rất lớn

3.1.1 Một số vấn đề lưu ý về máy biến áp :

MBA thường được chế tạo thành một khối tại nhà máy, phần có thể tháo rời ra trong chuyên chở chiếm một tỉ lệ rất nhỏ nên trọng lượng chuyên chở là rất lớn Vì vậy cần chú ý phương tiện và khả năng chuyên chở khi xây lắp

Công suất định mức của MBA được chế tạo theo thang tiêu chuẩn của từng quốc gia, thường cách nhau rất lớn, nhất là khi công suất càng lớn Vì vậy, nếu tính toán không chính xác thì phải chọn MBA có công suất lớn không cần thiết

Khi chọn MBA cần tính đến khả năng phát triển của phụ tải trong tương lai, tránh trường hợp vừa xây dựng xong lại phải thay đổi hoặc đặt thêm MBA

MBA không phát ra điện năng mà chỉ truyền tải điện năng

3.1.2 Phân loại :

MBA một pha, ba pha

MBA hai cuộn dây, ba cuộn dây

MBA có cuộn dây phân chia

MBA từ ngẫu một pha, ba pha…

3.1.3 Làm mát máy biến áp :

Khi làm việc, do tổn thất trong lõi thép và các cuộn dây, trong MBA luôn sinh

ra một lượng nhiệt rất lớn Để giữ cho nhiệt độ ở các phần của MBA nằm trong giới hạn cho phép để đảm bảo sự làm việc chắc chắn của MBA trong suốt thời gian làm việc thì cần có các biện pháp toả nhiệt tốt từ MBA ra môi trường xung quanh Tuỳ thuộc vào cấu tạo, công suất của MBA mà người ta sử dụng các biện pháp làm mát khác nhau

Một số biện pháp làm mát MBA: Tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn bằng dầu có thêm quạt để tăng khả năng trao đổi và toả nhiệt, tuần hoàn cưỡng bức dầu có thêm quạt, làm mát bằng nước…

3.1.4 Quá tải máy biến áp :

MBA có những lúc vận hành non tải nhưng cũng có những lúc vận hành quá tải trong một khoảng thời gian mà không làm hỏng ngay MBA Vấn đề cần đặt ra là phải xác định được công suất mà MBA có thể tải được và thời gian làm việc cho phép tương ứng

Người ta phân biệt hai trường hợp quá tải của MBA là quá tải bình thường và quá tải sự cố

a Quá tải bình thường:

Quá tải bình thường là quá tải thường xuyên xảy ra của MBA, có tính chất chu

kỳ Các bước tiến hành khi xét chế độ quá tải bình thường của MBA :

+ Đẳng trị đồ thị phụ tải qua MBA về dạng đồ thị phụ tải có hai bậc

+ Xác định hệ số K2đt :

K2đt =

2

i i i

cộng cả phần trước và sau vẫn không đủ 10h thì MBA đã chọn không đủ khả năng tải

mà phài chọn MBA có công suất lớn hơn

b Quá tải sự cố :

Thực tế vận hành thì sự cố MBA ít xảy ra Để đảm bảo tính liên tục trong cung cấp điện, có thể cho phép MBA làm việc với hệ số quá tải sự cố lớn hơn bình thường, MBA được phép quá tải 40% không quá 5 ngày đêm với thời gian quá tải mỗi ngày không quá 6h và hệ số phụ tải ban đầu trước lúc quá tải K1sc không quá 0.93

Hệ số quá tải sự cố : Kqtsc = 1.4 đối với MBA đặt ngoài trời

Kqtsc = 1.3 đối với MBA đặt trong nhà

* Đối với máy biến áp từ ngẫu:

Công suất truyền qua cuộn cao và cuộn trung có thể bằng công suất MBA nhưng công suất truyền qua cuộn hạ chỉ bằng α.SMBA với 1 T

C

U U

α = − gọi là hệ số lợi của MBA từ ngẫu

3.2.1 Phương án 1:

Hình 3.1 Sơ đồ nối điện phương án 1

U U

Công suất cuộn hạ :

SH-TN-max =2* Smf – S22min =2*235.3-18=452.6(MVA)

STN-max =

α

TN H

=

5 0

6 452

=905.2 (MVA)

87.1506

2.9053

*2

Do MBA TN T4 , T5 làm việc song song nên xét SC mất một máy biến áp

Máy biến áp có công suất lớn, vì vậy chọn máy biến áp tự ngẫu một pha Máy biến áp được chọn là máy biến áp AOДЦTГ

Chọn 3 MBA từ ngẫu 1 pha có số hiệu AOДЦTГcó S đm B = 160 (MVA) với các thông

số như sau:

Bảng 3.2: Thông số máy biến áp OTДTΓA [5, Bảng 1.53, Trang 74]

Chọn : Kqtsc = 1.4 ( MBA đặt ngoài trời)

Kqtsc ×SđmT4,T5 > Stải-Max

= > SđmT4,T5 >

qtsc

Max TN

K

= 905.4 215.57 1.4*3 = (MVA) Trường hợp này MBA không thỏa QTSC, nên ta sử dụng công suất dự trữ bù vào

Hai MBA T1, T2 giống nhau, chỉ tính cho 1 MBA

Ta chọn MBA có S đm B = 125 (MVA) với các thông số như sau:

Bảng 3.4: Thông số máy biến áp ONAF.[phụ lục 3,Trang 240]

Xét QTSC khi một máy biến áp nghỉ

Chọn : Kqtsc = 1.4 ( MBA đặt ngoài trời)

Kqtsc ×SđmT5,T6 > Stải-Max

= > SđmT5,T6 >

qtsc

Max H

U U

=

5 0

3 235

= 470.6 (MVA)

Máy biến áp có công suất lớn, vì vậy chọn máy biến áp tự ngẫu một pha Máy biến áp được chọn là máy biến áp AOДЦTГ

Chọn 3 MBA từ ngẫu 1 pha có số hiệu AOДЦTГcó S đm B = 160 (MVA) với các thông

4.1 TỔNG QUAN:

Ngắn mạch trong hệ thống điện là hiện tượng các dây dẫn pha chạm nhau, chạm đất, hoặc chạm dây trung tính Khi xảy ra ngắn mạch, tổng trở của hệ thống giảm do

đó dòng điện và điện áp sẽ bị thay đổi

Ngắn mạch thoáng qua là loại ngắn mạch thường gặp, có thể tự hết và được loại trừ bằng các máy cắt Ngắn mạch lâu dài là loại ngắn mạch vẫn còn tồn tại khi đóng máy cắt trở lại sau tác động cắt tức thời nếu không có biện pháp xử lý

Ngắn mạch trong hệ thống điện chia thành ngắn ba pha đối xứng và ngắn mạch không đối xứng Ngắn mạch 3 pha (N(3)) là loại sự cố nặng nề nhất

Hậu quả của ngắn mạch:

- Phát nóng: dòng ngắn mạch rất lớn so với dòng định mức làm cho các phần tử

có dòng ngắn mạch đi qua nóng quá mức cho phép dù với một thời gian rất ngắn

- Tăng lực điện động: ứng lực điện từ giữa các dây dẫn có giá trị lớn ở thời gian đầu của ngắn mạch có thể phá hỏng thiết bị

- Điện áp giảm và mất đối xứng: làm ảnh hưởng đến phụ tải, điện áp giảm 30 đến 40% trong vòng một giây làm động cơ điện có thể ngừng quay, sản xuất đình trệ, có thể làm hỏng sản phẩm

- Gây nhiễu đối với đường dây thông tin ở gần do dòng thứ tự không sinh ra khi ngắn mạch chạm đất

- Gây mất ổn định: khi không cách ly kịp thời phần tử bị ngắn mạch, hệ thống có thể mất ổn định và tan rã, đây là hậu quả trầm trọng nhất

Ngắn mạch là một sự cố hết sức nguy hiểm cho hệ thống điện, nếu không được loại trừ nhanh dòng ngắn mạch có thể phá hủy hết thiết bị đằng trước nó gây tổn thất rất lớn

4.1.1 Mục đích tính dòng ngắn mạch:

So sánh, đánh giá, chọn lựa sơ đồ nối điện

- Chọn các khí cụ, dây dẫn, thiết bị điện

- Thiết kế và chỉnh định các loại bảo vệ

- Nghiên cứu phụ tải, phân tích sự cố, xác định phân bố dòng

Tính toán dòng ngắn mạch (IN) nhằm phục vụ cho việc lựa chọn khí cụ điện ( máy cắt, kháng điện, biến dòng, biến điện áp) và các phần dẫn điện ( dây dẫn, thanh dẫn, cáp)

Vì những lý do này, ta chỉ tính dòng ngắn mạch 3 pha (N(3)) vì sự cố này nặng nề hơn ngắn mạch 2 pha (N(2))và 1 pha (N(1))

4.1.2 Cách tiến hành :

Chỉ xét tới cảm kháng mà bỏ qua trở kháng vì ở mạng cao áp thành phần trở kháng R rất nhỏ so với cảm kháng X

Để đơn giản khi tính toán, ta giả thiết :

+ Hệ thống 3 pha là đối xứng

+ Sức điện động của các nguồn khi ngắn mạch ở xa qua điện kháng lớn coi như không đổi

+ Không xét tới ảnh hưởng của phụ tải

Chọn các đại lượng cơ bản: Scb = 100 (MVA)

UcbC = 230 (kV) ; UcbT = 115 (kV); UcbH = 23 (kV) ; UcbMP = 23 (kV)

IcbC =

3

cb cbC

S U

S U

S U

230

cb dd

HT HT

P S

ϕ

0.11 0.00154 7124.857

• Đối với MBA 3 pha 2 cuộn dây T 1:

Điện kháng của các MBA:

• Đối với MBA 3 pha 2 cuộn dây T 1 ,T 2:

Hình 4.1 Sơ đồ nối điện phương án 1

Hình 4.2 Sơ đồ tương đương trở kháng

Ta xét ngắn mạch tại 5 điểm: thanh góp 220 kV(N1), thanh góp 110 kV(N2), thanh góp

22 kV(N3), sau máy cắt của máy phát (N5),đầu cực máy phát (N4)

Với các giá trị điện kháng trên sơ đồ tương đương:

cbC N

I I

cbT N

I I

Hình 4.5 Sơ đồ tương đương tính ngắn mạch tại N 3

cbH N

I I

cbMF N

I I

cbMF N

MF

I I

Hình 4.11 Sơ đồ tương đương trở kháng

Ta xét ngắn mạch tại 5 điểm: thanh góp 220 kV(N1), thanh góp 110 kV(N2), thanh góp

22 kV(N3), sau máy cắt của máy phát (N5),đầu cực máy phát (N4)

Với các giá trị điện kháng trên sơ đồ tương đương:

Hình 4.12 Sơ đồ tương đương tính ngắn mạch tại N 1

0.13611 / / 0.00154 0.0696

cbC N

I I

Hình 4.13 Sơ đồ tương đương tính ngắn mạch tại N 2

cbT N

I I

Hình 4.14 Sơ đồ tương đương tính ngắn mạch tại N 3

cbT N

I I

Hình 4.15 Sơ đồ tương đương tính ngắn mạch tại N 3

cbMF N

I I

Hình 4.16 Sơ đồ tương đương tính ngắn mạch tại N 4

5

2.51

21.714 0.11559

cbMF N

MF

I I

TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

TRONG MÁY BIẾN ÁP

5.1 TỔNG QUAN :

Điện năng được sản xuất ra từ các nhà máy điện, muốn tải đến các hộ tiêu thụ điện phải qua hệ thống lưới điện cao áp, trung áp, xuống hạ áp, (hệ thống bao gồm các máy biến áp, đường dây và các thiết bị điện khác) Trong quá trình truyền tải đó, dòng điện tiêu hao một lượng nhất định khi qua máy biến áp, qua điện trở dây dẫn và mối nối tiếp xúc làm phát nóng dây, qua các thiết bị điện, thiết bị đo lường, công tơ điện gây tổn thất điện năng Chưa kể đường dây dẫn điện mang điện áp cao từ 110 kV trở lên còn có tổn thất vầng quang; dòng điện qua cáp ngầm và tụ điện còn tổn thất do điện môi Vì thế mà tổn thất điện năng còn được định nghĩa là điện năng dùng để truyền tải và phân phối điện

Đó chính là tổn thất điện năng kỹ thuật và xảy ra tất yếu trong quá trình truyền tải điện từ nhà máy phát qua hệ thống lưới điện cao hạ áp đến các hộ sử dụng điện Mức độ tổn thất điện năng kỹ thuật lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào cấu trúc lưới điện, chất lượng thiết bị, chất lượng đường dây tải điện và phương thức vận hành hệ thống điện Khi MBA vận hành, bản thân nó tiêu thụ một lượng công suất ( ∆PB ) gọi là tổn thất qua MBA

• Tổn thất điện năng trong MBA 3 pha 2 cuộn dây:

Khi có n máy làm việc song song :

∆PN- tổn thất ngắn mạch

n - số MBA làm việc song song

SđmB - công suất định mức MBA

T - thời gian làm việc của MBA (giờ)

Si - công suất của n MBA tương ứng với thời gian Ti

• Tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu:

Khi có n máy làm việc song song, :

)Ti]

5.2 TÍNH TOÁN TỔN THẤT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN:

5.2.1 Phương án 1 :

Hình 5.1 Sơ đồ nối điện phương án 1

a Tính toán tổn thất cho MBA 3 pha 2 cuộn dây T 1 :

1 3

quaMBA MF tudung

Bảng 5.1 Bảng phân phối công suất qua máy biến áp cách ly

t (h) 0 – 3 3 – 5 5– 8 8– 11 11 – 13 13 – 17 17 – 22 22 – 24